JP4775737B2 - 掘削ドリル脱着式掘削穴形成方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばヒートポンプ採熱管、接地極、管路、地中センサー等を埋設するための掘削穴を形成する方法として好適な掘削ドリル脱着式掘削穴形成方法及びそのための装置に関する。

ヒートポンプ採熱管等の長尺埋設物を地中に設置する方法として、従来はオーガにより目的深度まで掘削して掘削穴を形成し、オーガを抜き取った掘削穴に長尺埋設物を押し込んで埋設する方法が採られていた。しかし、土質によってはオーガを抜き取った後に掘削穴が崩れる場合が多く、特に穴が深い程この崩れが生じるという欠点がある。そこで、先端に掘削ドリルを設けたサヤ管により掘削穴を形成し、目的深度に達したら逆転して掘削ドリルをサヤ管から分離し、埋設物をサヤ管内に挿装した後サヤ管を引抜く方法が提案されている（特許文献１）。
特開２００２−３０３０８８号公報

しかし、土質によっては掘削ドリルを正回転のみならず逆回転させなければ掘削が困難な場合があるが、サヤ管を逆回転させて掘削ドリルを離脱させる従来技術では、サヤ管を逆回転させることにより掘削効率を上げることには限界がある。また、掘削ドリルの離脱に土砂との摩擦を利用することから、土質の違いによっては離脱が円滑に行えずに作業に長時間かかるという問題があるし、土壌との摩擦力が小さいときにはサヤ管から掘削ドリルを離脱できない虞があるという欠点がある。

本発明は従来技術の工法及び先行技術の欠点、問題点に鑑みなされたもので、サヤ管を逆方向に回転させることなく掘削ドリルを容易に、かつ確実に離脱できるので作業性に優れているし、地質に応じて掘削ドリルを正逆回転できるので掘削能率に優れており、またサヤ管の回転に伴って掘削土を掻き揚げるので掘削ドリルに掛かる負荷を低減し、掘削効率を上げることができる掘削ドリル脱着式掘削穴形成方法及びそのための装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する請求項１に係る本発明を構成する手段は、 操作ロッドにより作動する着脱機構を介してサヤ管の先端に装着した掘削ドリルを用い、複数本の操作ロッドとサヤ管を軸方向に逐次連結しながら掘削穴を形成し、目的深度まで掘削したら前記着脱機構を作動して前記サヤ管から掘削ドリルを離脱し、次いで前記操作ロッド及び着脱機構を前記サヤ管から撤去した後、該サヤ管を掘削穴から撤去するようにしたことにある。

請求項２に係る本発明を構成する手段は、軸方向に連結自在な複数の連結管体から構成され、駆動源により回転駆動されるサヤ管と、該サヤ管の先端に着脱自在に取着する掘削ドリルと、軸方向に連結自在な操作ロッドにより地上から操作可能に構成され、前記掘削ドリルとサヤ管を着脱可能に連結する着脱機構とからなる。

そして、前記サヤ管から掘削ドリルの略全長に亘って、外周面に螺旋状の掻揚げ羽根を設けるとよい。

また、前記着脱機構は、前記操作ロッドにより回動するねじ軸と、該ねじ軸が挿通した状態で前記操作ロッドに保持された不動支持体と、前記ねじ軸に螺合して進退する可動支持体と、該可動支持体と不動支持体にピン結合され、可動支持体の進退により拡縮する一対のリンクと、該各リンクに支持され、横方向に進退することにより前記掘削ドリルからサヤ管にかけて係脱するロックピンとから構成するとよい。

本発明は以上詳述した如く構成したから、下記の諸効果を奏する。
（１）操作ロッドにより作動する着脱機構によって掘削ドリルをサヤ管に離脱可能に、かつ正逆方向に一体回転可能に設けたから、掘削ドリルを地質に応じて正、逆回転することが可能であり、掘削効率を上げることができる。
（２）着脱機構を操作ロッドで操作することにより、掘削ドリルはサヤ管から容易に、かつ確実に切離すことが可能であるから、切離し作業が地質に左右されるといったこともなく、作業性に優れている。
（３）サヤ管から掘削ドリルにかけて外周面に螺旋状の掻揚げ羽根を設け、掘削しながら廃土するようにしたから、掘削土によって掘削ドリルの掘削性能が損われる事態を解消し、掘削効率を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳述する。図１乃至図６において、１は内部が中空部１Ａになった長尺のサヤ管を示し、該サヤ管１は複数本の連結管体２と、先端連結管体３と、これらを連結する複数本の接続管４とから構成してあり、これらを接続することにより軸方向に伸長可能になっている。

前記連結管体２は鋼管からなり、軸方向両端側に小径段部２Ａを形成し、該小径段部２Ａに凹凸状の係合部２Ｂを形成し、小径段部２Ａの先端側に係合突起２Ｃを設けたものからなる。先端連結管体３は鋼管からなり、軸方向上側に小径段部３Ａ（但し、図示せず。）を形成し、該小径段部３Ａの先端側と軸方向下側の先端側に凹凸状の係合部３Ｂ（下側係合部３Ｂのみ図示）を形成し、該下側係合部３Ｂの上側に連結穴３Ｃを穿設したものからなる。また、連結管体２に外嵌する接続管４は鋼管からなり、軸方向両端側には前記係合突起２Ｃが嵌入する略Ｌ字状の係合溝４Ａ、４Ａが形成してある(図１参照)。

かくして、各連結管体２の両端に接続管４を嵌合し、係合突起２Ｃと係合溝４Ａを係合して径方向に捻ることにより、一体回転が可能な状態で連結管体２同士を連結できると共に、サヤ管１を伸長することができる。また、先端連結管体３は下端の連結管体２に係合することにより軸方向に連結できるようにしてある。

５はサヤ管１の先端に着脱可能に設ける掘削ドリルを示す。６は該掘削ドリル５を構成する鋼管からなる接続筒体で、該接続筒体６は上部側に先端連結管体３と挿嵌する小径嵌入部６Ａを形成し、該小径嵌入部６Ａに凹凸状の係合部６Ｂを形成し、小径段部６Ａの下側に対向して一対の嵌合穴６Ｃ、６Ｃを穿設したものからなる。７は該接続筒体６の下側に固着したドリル本体で、該ドリル本体７は略弾頭状の基体７Ａと、該基体７Ａの先端から軸方向に突設した錐７Ｂと、基体７Ａの先端から横方向に突設した掘削刃７Ｃとから構成してある。

８は上述したサヤ管１から掘削ドリル５にかけて外周面に設けられ、掘削により出る廃土を地上に排出するための掻揚げ羽根を示す。該掻揚げ羽根８は連結管体２、先端連結管体３、接続管４及び掘削ドリル５に対応して掻揚げ羽根部８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに分割してあり、サヤ管１から掘削ドリル５にかけて螺旋状に一体に連続するようにしてある。

９は前記掘削ドリル５を先端連結筒体３に係脱可能に連結する着脱機構を示す。１０は着脱機構９を構成するねじ軸で、該ねじ軸１０は外面にねじが刻設してある軸本体１０Ａと、後述する操作ロッド１７を着脱可能に連結するために該軸本体１０Ａの上端に形成した連結頭部１０Ｂとからなる。１１は該ねじ軸１０の上部側に回動自在に嵌合された不動支持体で、該不動支持体１１は金属製円板からなる上側基板１１Ａと、該上側基板１１Ａの下面に固着した金属製立方体からなる軸受部１１Ｂと、上側基板１１Ａから該基体１１Ｂに縦方向に貫通して穿設した軸穴１１Ｃとからなる。

１２は前記不動支持体１１に対向してねじ軸１０に螺合した可動支持体としての昇降支持体を示し、該可動支持体１４は金属製円板からなる下側基板１２Ａと、該下側基板１２Ａの上面に固着した金属製立方体からなるねじ受部１２Ｂと、下側基板１２Ａからねじ受部１２Ｂに縦方向に貫通して穿設したねじ穴１２Ｃ（但し、図示せず。）とからなる。

１３、１３は掘削ドリル５をサヤ管１に係脱可能に連結する左右一対の係合ピンを示し、該各係合ピン１３は基部１３Ａと、該基部１３Ａから横方向に突出したピン本体１３Ｂとから形成してある。１４、１４は前記係合ピン１３を横方向に進退可能に支持する上下一対のリンクで、該各リンク１４は昇降支持体１２のねじ受部１２Ｂと不動支持体１１の軸受部１１Ｂに基端側を連結ピン１５、１５で軸支し、先端側を係合ピン１３の基部１３Ａに連結ピン１６、１６で軸支して連結してある。

着脱機構９は上述の構成からなっており、掘削ドリル５をサヤ管１に連結する前は、図３及び図４に示すように、昇降支持体１２は最も下降した位置にあり、リンク１４、１４は伸長した状態になって係合ピン１３、１３は内側に後退し、掘削ドリル５及びサヤ管１から離間した状態にある。

逆に、掘削ドリル５をサヤ管１に連結する場合は、ねじ軸１０の連結頭部１０Ｂに連結した操作ロッド１７を所定方向に回転操作し、ねじ軸１０の回転によって昇降支持体１２を上昇させると、不動支持体１１に接近することによりリンク１４、１４が略く字状に屈曲して縮小した状態になる。これにより、係合ピン１３が押出されるように横方向に進出し、掘削ドリル５の連結穴６Ｃからサヤ管１の連結穴３Ｃにまで進入する結果（図５及び図６参照）、掘削ドリル５をサヤ管１に対して離脱不能の状態に連結することができる。

なお、上記操作ロッド１７は複数本のロッド構成軸１７Ａ、１７Ａ、・・・からなっており、サヤ管１と同様に軸方向に連結することにより伸長可能に構成してある。また、サヤ管１の上端には駆動用の可逆型油圧モータ１８が継手１９を介して着脱可能に接続するようになっている（図７参照）。

次に、本実施の形態に係る掘削ドリル脱着式掘削穴形成装置を用いる掘削の工法について、図７及び図８を参照しつつ説明する。なお、図中の数字は工程順を示す。先ず、着脱機構９を前述した操作を行うことにより、先端連結管体３の先端に掘削ドリル５を取着する。他方、複数本のロッド構成軸１７Ａを連結して操作ロッド１７を伸長すると共に、適宜の本数の連結管体２を接続してサヤ管１を伸長し、サヤ管１の上端に継手１９を介して油圧モータ１８を接続する（工程１）。各構成要素の組み付けが完了したら、例えばクレーンで吊り下げた状態にして、掘削ドリル５を回転して掘削を開始し（工程２）、継手１９が埋まる近くまで掘削する（工程３）。

次に、継手１９と油圧モータ１８をサヤ管１から外し、ロッド構成軸１７Ａを継ぎ足して操作ロッド１７を伸長し、連結管体２を継ぎ足してサヤ管１を伸長した後、継手１９及び油圧モータ１８を再度接続して掘削を行う（工程４乃至８）。以下、この工程４〜８を繰り返して掘削を行う（工程９）。

目的深度まで掘削したら、操作ロッド１７を逆方向に回転して着脱機構９の昇降支持体１２を降下させ、各係合ピン１３を後退させて連結穴６Ｃ、３Ｃから離脱させ、先端連結管体３から掘削ドリル５を離脱可能な状態にする。しかる後、サヤ管１から操作ロッド１７及び着脱機構９を抜き出し（工程１０）、掘削穴にサヤ管１のみを残す（工程１１）。

次に、サヤ管１の中空部１Ａを介して例えば採熱管、地中センサー等の埋設物Ａを掘削先端まで挿入したら（工程１２及び１３）、サヤ管１に継手１９、油圧モータ１８を再度接続し（工程１４）、サヤ管１を回転させながらクレーン等の吊り上げ手段によって引抜き（工程１５）、ある程度の長さ引抜いたら継手１９、油圧モータ１８を取外して接続してある連結管体２を取外す（工程１６）。この工程１４〜１６を繰り返すことにより、サヤ管体１を掘削穴から撤去し、最後に掘削穴に砂を充填することにより掘削、埋設作業が完了する（工程１７）。

掘削ドリル脱着式掘削穴形成装置を用いた作業工程は上述のとおりであるが、掘削ドリル５は着脱機構９によってサヤ管１に正逆回転可能に接続してあるから、掘削作業において地質の変化により掘削ドリル５を逆回転させる必要がある場合にも対応することが可能であり、掘削効率を高めることができる。

また、サヤ管１からの掘削ドリル５の離脱は着脱機構９という機械的仕組みによって行い、土砂との摩擦を利用しないから土質の違いによる不安定な影響を受けることがなく、掘削ドリル５を確実に離脱させることができる。

更に、サヤ管１から掘削ドリル５に至る略全長に螺旋状の掻揚げ羽根８を設けることにより掘削しながら廃土するようにしたから、掘削土によって掘削ドリル５の掘削性能が阻害される事態を解消することができる。また、掻揚げ羽根８は掘削穴の内壁に線接触して回転するから、サヤ管１を掘削穴から抜出す場合の抵抗は小さくなり、作業効率を上げることができる。

なお、本実施の形態では連結管体２は接続管４を用いて接続したが、連結管体同士を例えば雌雄嵌合により連結する構成、或いは他の公知の連結構成にしてもよいことは勿論である。

図１は本発明の実施の形態に係るサヤ管の構成を示す説明図である。 サヤ管に連結した掘削ドリルの外観図である。 連結機構の説明図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ矢示方向断面図である。 サヤ管と掘削ドリルを連結した連結機構の説明図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ矢示方向断面図である。 掘削穴形成工程の前半を示す説明図である。 掘削穴形成工程の後半を示す説明図である。

符号の説明

１ サヤ管
１Ａ 中空部
２ 連結管体
３ 先端連結管体
４ 接続管
５ 掘削ドリル
８ 掻揚げ羽根
９ 着脱機構
１０ ねじ軸
１１ 不動支持体
１２ 可動支持体
１３ 係合ピン
１４ リンク
１７ 操作ロッド

Claims (4)

1. 操作ロッドにより作動する着脱機構を介してサヤ管の先端に装着した掘削ドリルを用い、複数本の操作ロッドとサヤ管を軸方向に逐次連結しながら掘削穴を形成し、目的深度まで掘削したら前記着脱機構を作動して前記サヤ管から掘削ドリルを離脱し、次いで前記操作ロッド及び着脱機構を前記サヤ管から撤去した後、該サヤ管を掘削穴から撤去するようにしてなる掘削ドリル脱着式掘削穴形成工法。
2. 軸方向に連結自在な複数の連結管体から構成され、駆動源により回転駆動されるサヤ管と、該サヤ管の先端に着脱自在に取着する掘削ドリルと、軸方向に連結自在な操作ロッドにより地上から操作可能に構成され、前記掘削ドリルとサヤ管を着脱可能に連結する着脱機構とから構成してなる掘削ドリル脱着式掘削穴形成装置。
3. 前記サヤ管から掘削ドリルの略全長に亘って、外周面に螺旋状の掻揚げ羽根を設けてあることを特徴とする請求項２記載の掘削ドリル脱着式掘削穴形成装置。
4. 前記着脱機構は、前記操作ロッドにより回動するねじ軸と、該ねじ軸が挿通した状態で前記操作ロッドに保持された不動支持体と、前記ねじ軸に螺合して進退する可動支持体と、該可動支持体と不動支持体にピン結合され、可動支持体の進退により拡縮する一対のリンクと、該各リンクに支持され、横方向に進退することにより前記掘削ドリルからサヤ管にかけて係脱する係合ピンとから構成してある請求項２記載の掘削ドリル脱着式掘削穴形成装置。

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